DE102004028356B4 - Process and plant for climate protection through environmentally friendly net production of oxygen with simultaneous net consumption of carbon dioxide using microalgae - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Klimaschutz durch umweltschonende Nettoproduktion von Sauerstoff bei gleichzeitigem Nettoverbrauch von Kohlendioxid unter Verwendung von Mikroalgen in Zonen des gemäßigten Klimas mittels Fotosynthese, gekennzeichnet durch die Schaffung folgender Voraussetzungen:
• die Mikroalgen werden zusammen mit Wasser und Kalisalzen in Becken als Kulturen angesetzt,
• dem Wachstumsmilieu wird Abgas-CO2 zur pH-Wert-Steuerung zugeleitet,
• den Kulturen wird kontinuierlich eine bestimmte Menge Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) und eine definierte Menge Gülle als Nährstoff zugeführt,
• die Kulturen werden auf eine optimale Temperatur erwärmt und auf dieser gehalten,
• die Kulturen werden unter Lichteinwirkung einer bestimmten Lichtstärke ausgesetzt,
• die durch ihr Wachstum überschüssigen Mikroalgen werden regelmäßig geerntet.Method for protecting the climate by environmentally friendly net production of oxygen with simultaneous net consumption of carbon dioxide using microalgae in temperate zones by means of photosynthesis, characterized by the creation of the following conditions:
The microalgae are cultured together with water and potash salts in basins,
• the growth environment, exhaust CO 2 is fed to the pH control,
The crops are continuously fed with a certain amount of sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) and a defined amount of manure as a nutrient,
The cultures are heated to and maintained at an optimum temperature
The crops are exposed to a specific light intensity under the action of light,
• the microalgae surplus in their growth are harvested regularly.

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Description

Die Erfindung geht davon aus, dass unsere Umwelt ein in sich geschlossenes System ist. In diesem existiert aus menschlicher Sicht Positives und Negatives. Gleichzeitig bedingen sich diese Polaritäten gegenseitig. Daraus folgt, dass die Erkenntnis wichtig ist, welcher Mittel man sich bedienen muss, um die Polaritäten umkehren zu können.The Invention assumes that our environment is self-contained System is. In this there is something positive from a human point of view and negative. At the same time, these polarities mutually condition each other. It follows that knowledge is important, what means one must use to be able to reverse the polarities.

Die Erfindung betrifft ein biotechnisches Verfahren zur ganzjährigen Erzeugung von Sauerstoff bei einem kontinuierlichen Verbrauch von Kohlendioxid unter Verwendung von Mikroalgen durch die Schaffung eines künstlichen Wachstumsmilieus, da die Mikroalgen weder unter europäischen Klimabedingungen noch in natürlichen Gewässern gedeihen. Das Verfahren wird vorzugsweise dort eingesetzt, wo Kohlendioxid in konzentrierter Form auftritt. Die Schaltung der Voraussetzungen zur Anwendung des Verfahrens werden mit einem verhältnismäßig geringem technischen Aufwand vorzugsweise unter Verwendung vorhandener Zusatzstoffe, nicht industriell weiterverwertbarer Wärmeenergie kommerzieller Anlagen, alternativen Energiequellen und geeigneter räumlicher Bedingungen geschaffen.The The invention relates to a biotechnical process for year-round production of oxygen with a continuous consumption of carbon dioxide using microalgae by creating an artificial one Growth environments, as the microalgae neither under European climatic conditions still in natural waters thrive. The process is preferably used where carbon dioxide occurs in concentrated form. The circuit of the requirements for the application of the method are used with a relatively low technical effort, preferably using existing additives, non-industrial heat energy of commercial installations, alternative energy sources and suitable spatial conditions.

Stand der TechnikState of technology

Es ist eine Tatsache, dass der Mensch durch die Verwertung des für sein Leben notwendigen Planeten Erde rücksichtslosen Raubbau statt sinnvoller Nutzung betreibt. Dies wird deutlich sichtbar gemacht durch die Brandrodung der Regenwälder, die übermäßige Verbrennung fossiler Brennstoffe bis hin zum Handel mit Emissionswerten. Das sind nur einige Ursachen, die dazu führen, dass Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan die Selbstreinigungskraft der Atmosphäre schwächen, die schützende Ozonhülle ausdünnen und somit das Eindringen vermehrter ultravioletter Strahlung ermöglichen, die das Leben auf der Erde gefährden. Der dadurch bedingte Verlust von Grünpflanzen, durch deren fotosynthetische Abgabe von Sauerstoff das ökologische System im Gleichgewicht gehalten wird, führt dazu, dass der Kohlendioxidgehalt zunimmt, das ökologische System kollabiert und Atemluftprobleme bei allen sauerstoffabhängigen Lebewesen auftreten kann. Es ergibt sich die Frage, wie das Kohlendioxidproblem bei gleichzeitiger Sauerstofferzeugung gelöst werden kann. Die Lösung des Problems hat die Natur aufgezeigt; es gilt nur, der Natur mit entsprechenden verfahrenstechnischen Mitteln zu helfen. Am Menschen selbst liegt es das Problem zu lindern bzw. bei bestehender Einsicht in die Notwendigkeit dieses auch vollständig zu lösen.It is a fact that man by the recovery of his life ruthless planet necessary earth Raubbau instead of meaningful use operates. This becomes clearly visible made by the slash-and-burn of rainforests, the over-burning of fossil fuels to trade in emissions. These are just a few causes that lead to, that greenhouse gases such as water vapor, carbon dioxide and methane die Weaken the self-cleaning power of the atmosphere, thin out the protective ozone shell and thus allow the penetration of increased ultraviolet radiation, that endanger life on earth. Of the consequent loss of green plants, by their photosynthetic release of oxygen is the ecological System is kept in balance, it causes the carbon dioxide content increasing, the ecological System collapses and respiratory problems in all oxygen-dependent living things can occur. It raises the question of how the carbon dioxide problem can be solved with simultaneous oxygen production. The solution of Problems have shown nature; it only applies to nature with appropriate procedural means to help. Lies with man himself to alleviate the problem or to provide an insight into the necessity this also completely to solve.

Es ist bekannt, dass Mikroalgen zur Herstellung von Medikamenten, Nahrungsergänzungsstoffen sowie Futter- und Düngemitteln in angelegten Plantagen gezüchtet und weiter verarbeitet werden. Derartige Anlagen befinden sich vorzugsweise in tropischen und subtropischen Regionen, wo ein für das Wachstum dieser Algen günstiges Klima herrscht. Das sind vor allem Wärme und Sonnenlicht. Für das Gedeihen der Mikroalgen ist das in Europa und adäquaten Zonen herrschende gemäßigte Klima nicht optimal.It It is known that microalgae for the production of medicines, dietary supplements as well as feed and fertilizers bred in landscaped plantations and continue processing. Such systems are preferably in tropical and subtropical regions, where one for growth this algae cheap Climate prevails. These are mainly heat and sunlight. For prosperity Microalgae is the temperate climate prevailing in Europe and adequate zones not optimal.

Es ist bekannt, dass das Vermögen von Pflanzen und Algen durch deren Fotosynthese für die Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff an das Vorhandensein von Energie, im Wesentlichen in Form von Sonnenlicht, gebunden ist und daher dem Jahresgang der Sonneneinstrahlung unterliegt, während die Kohlendioxidfreisetzung das ganze Jahr über erfolgt und insbesondere in derjenigen Jahreszeit Spitzenwerte erreicht, in der die Sonneneinstrahlung besonders niedrig ist. Folglich hat die natürliche Vegetation in den kühleren Klimazonen eine zumindest jahreszeitlich begrenzte Wirkung auf die Reduzierung der durch die Verbrennungsvorgänge freigesetzten Kohlendioxidmengen.It is known that the fortune of plants and algae through their photosynthesis for conversion of carbon dioxide in oxygen to the presence of energy, essentially in the form of sunlight, is bound and therefore the sun's rays are subject to the annual cycle, while the Carbon dioxide release takes place throughout the year and in particular peaked in those seasons, in which the sun exposure is particularly low. Consequently, the natural vegetation has in the cooler climates an at least seasonal effect on the reduction by the combustion processes released amounts of carbon dioxide.

Es ist andererseits bekannt, dass beim Verbrennen von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdöl und Erdgas zur Energie- und Wärmegewinnung große Mengen Kohlendioxid entstehen, die die Ursache für eine globale langfristige Klimaerwärmung über den Treibhauseffekt sind. Um eine solche globale Klimaerwärmung abzuwenden, wurden zahlreiche Maßnahmen eingeleitet. Zu diesen Maßnahmen gehören die Energieeinsparung, die rationelle Nutzung von Energieressourcen, der Einsatz alternativer Energien wie Solarenergie, Windenergie, Erdwärme und dergleichen. Auf Grund des hohen Energiebedarfs der Industrieländer haben diese Alternativenergien eine nur sehr begrenzte Wirkung. Es besteht daher notwendigerweise ein sehr großer Bedarf für Initiativen zur Senkung der erzeugten Mengen an Kohlendioxid.It On the other hand, it is known that when burning fossil fuels like coal, petroleum and Natural gas for energy and heat production size Amounts of carbon dioxide are produced, which is the cause of a global long-term Global warming over the Greenhouse effect. To avert such global warming, were numerous measures initiated. To these measures belong the energy saving, the rational use of energy resources, the use of alternative energies such as solar energy, wind energy, Geothermal and like. Due to the high energy demand of the industrialized countries have these alternative energies have a very limited effect. It exists therefore necessarily a very large need for initiatives to reduce the amount of carbon dioxide generated.

Weiterhin sind aus DE 197 21 280 C2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur fotobiologischen Trennung von kohlendioxid- und methanhaltigen Gasgemischen bekannt. Dabei wird das Kohlendioxid aus dem Gasgemisch durch lichtinduzierte Assimilation und anschließende Dissimilation einer Algenkultur entfernt, wobei die Algenkultur in kurzen Abständen zwischen einem Zustand, in dem sie unter Lichteinwirkung Kohlendioxid aufnimmt und einem Zustand der Dunkelheit, in dem sie das Kohlendioxid abgibt, wechselt und anschließend das bei der Dissimilation freigesetzte Kohlendioxid in einem Fotosynthesereaktor durch Algenkulturen in Algenbiomasse und Sauerstoff umgewandelt wird.Furthermore are out DE 197 21 280 C2 a method and a device for photobiological separation of carbon dioxide and methane-containing gas mixtures known. The carbon dioxide is removed from the gas mixture by light-induced assimilation and subsequent dissimilation of an algae culture, the algal culture at short intervals between a state in which it absorbs carbon dioxide under the action of light and a state of darkness in which it releases the carbon dioxide, and then the carbon dioxide released in the dissimilation is converted into algal biomass and oxygen in a photosynthetic reactor by algae cultures.

Vom Botanischen Institut der Universität Köln ist bekannt, dass durch die Nutzung von Abgasen eines Kalkbrennofens der CO2 – Ausstoß reduziert und in einem Bioreaktor Algenbiomasse produziert wird. Der durch Fotosynthese freigesetzte Sauerstoff wird an die Umwelt abgegeben.From the Botanical Institute of the University Cologne is aware that the use of exhaust gases from a lime kiln reduces CO 2 emissions and produces algal biomass in a bioreactor. The oxygen released by photosynthesis is released into the environment.

Aus der von Franziska Jander verfassten Dissertation „Massenkultur von Mikroalgen mit pharmazeutisch nutzbaren Inhaltsstoffen unter Verwendung von CO2 und NaHCO3, gewonnen aus den Abgasen eines Blockheizkraftwerkes" der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel ist. weiterhin bekannt, dass ein Teil des Kohlendioxidausstoßes eines mit Erdgas betriebenen Blockheizkraftwerkes zur Verbesserung des Wachstums von Algenkulturen genutzt werden kann.From the dissertation written by Franziska Jander "mass culture of microalgae with pharmaceutically usable ingredients using CO 2 and NaHCO 3 , obtained from the exhaust gases of a combined heat and power plant" of the Faculty of Mathematics and Natural Sciences of the Christian-Albrechts-University Kiel is known Part of the carbon dioxide emissions of a natural gas-fired combined heat and power plant can be used to improve the growth of algae crops.

In der „Leipziger Erklärung zum Klimaschutz" vom 22. Mai 2003, die durch das Klima-Bündnis e.V. und die Stadt Leipzig eingebracht wurde, wird unter anderem ausgeführt, dass „der Klimawandel heute schon Realität ist. Die Hochwasserkatastrophen des Jahres 2002 haben deutlich gezeigt, dass der Schutz des Weltklimas eine lebenswichtige Zukunftsinvestition ist. Drastische Senkungen der CO2 – Emissionen sind insbesondere in den Industrieländern des Nordens dringend erforderlich. Klimaschutz ist aber nicht nur Gefahrenabwehr, vielmehr modernisiert eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Zukunftspolitik im Klimaschutz Gesellschaft und Wirtschaft. Klimaschutz schafft Arbeitsplätze, steigert die Lebensqualität und hilft, die Zukunft der Menschen dauerhaft und lebenswert zu gestalten."The "Leipzig Declaration on Climate Protection" of 22 May 2003, which was introduced by the Climate Alliance eV and the City of Leipzig, states, among other things, that "Climate change is already a reality today." The flood catastrophes of 2002 clearly showed Dramatic reductions in CO 2 emissions are urgently needed, especially in the industrialized countries of the north, but climate protection is not only a defense against danger, but modernises an economically and ecologically sensible future policy in climate protection society and the economy creates jobs, improves the quality of life and helps to shape the future of people in a sustainable and livable way. "

Es ist Aufgabe der Erfindung, Verfahren zu entwickeln, durch welche der Einsatz von Mikroalgenkulturen vorwiegend zur Reduzierung der durch die Verbrennung fossiler und biologischer Energieträger erzeugten Kohlendioxidmengen im großen Maßstab und andererseits die Fotosynthese der Mikroalgenkulturen in Zonen des gemäßigten Klimas in kontinuierlicher Weise tages- und jahreszeitunabhängig zur Erzeugung von Sauerstoff genutzt wird. Gleichzeitig entstehen biologische und ökonomisch wertvolle Endprodukte zur Herstellung von Medikamenten, Nahrungsergänzungs-, Futter- und Düngemitteln und für weitere probiologische Anwendungsgebiete.It It is an object of the invention to develop methods by which the use of microalgae cultures mainly for the reduction of produced by the combustion of fossil and biological energy sources Carbon dioxide levels in the big scale and on the other hand the photosynthesis of the microalgae cultures in zones of the temperate climate in a continuous manner independent of the day and season Generation of oxygen is used. At the same time biological and economically valuable end products for the production of medicines, dietary supplements, Feed and fertilizers and for further probiological applications.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 und mit einer Anlage nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 7 gelöst. Dabei werden vollständig oder überwiegend vorhandene Mittel und erneuerbare Energiequellen eingesetzt. Dazu gehört vorrangig die Herstellung eines künstlichen Wachstumsmilieus für Mikroalgen in großflächigen Kulturen unter europäischen und diesen ähnlichen Klimabedingungen. Zur Schaffung der künstlichen Lebensräume für Mikroalgen ist Europa durch seine hohe Industrialisierung geradezu prädestiniert. Denn gerade hier entstehen die industriellen, nicht genutzten Abprodukte, die zur Schaffung des für die Mikroalgen geeigneten Milieus genutzt werden. Zur Schaffung eines solchen Milieus trägt die Nutzung dieser industriell nicht mehr verwertbaren Abprodukte bei.These The object is achieved by the method according to claim 1 and with a Plant solved according to the characterizing part of claim 7. there be complete or predominantly existing Resources and renewable energy sources. This is a priority the production of an artificial Growth milieus for Microalgae in large-scale cultures under European and this similar Climatic conditions. To create the artificial habitats for microalgae Europe is virtually predestined for its high level of industrialization. Because this is where the industrial, unused waste products arise, to create the for the microalgae are used to appropriate environments. To create such an environment carries the Use of these industrially no longer usable waste products.

Dazu gehört z. B. die ungenutzte Wärmeenergie aller energieerzeugenden Industriezweige. Mit der Wärmeenergieerzeugung ist die Entstehung von Kohlendioxid verbunden.To belongs z. B. the unused heat energy all energy-producing industries. With the heat energy generation is linked to the formation of carbon dioxide.

Vorteilhafterweise wird dieses Kohlendioxid, auch in chemisch gewandelten Formen, zur Intensivierung der Wachstumsrate der Mikroalgenkulturen genutzt, weil deren Sauerstoffabgabe dadurch vergrößert wird. Besonders günstig gedeihen die Mikroalgenkulturen in salzhaltigen Medien (nicht Meerwasser). Vorteilhaft ist es, wenn Kalilagerstätten zur Verfügung stehen, da die Algenkulturen bei dieser biotechnischen Verfahrensweise Natronlauge (NaOH) zur CO2 – Bindung benötigen. Ein weiteres, vor allem bei der industriellen Tierhaltung in der Landwirtschaft entstehendes und für die Umwelt schädliches Abprodukt, die Gülle, wird als zusätzliche Nährlösung zur sodahaltigen Wachstumskultur in bestimmten Mengen beigegeben, um eine größere Wachstumsgeschwindigkeit der Algen pro Wachstumsperiode zu erreichen und damit die Photosynthese der Algen effizienter zu gestalten. Äußerst nachhaltig zeigt sich der Nutzen des Verfahrens bei der Verstromung von Biomasseabfällen (i.d.F. forstwirtschaftliche Reste).Advantageously, this carbon dioxide, even in chemically altered forms, is used to intensify the growth rate of the microalgae cultures because their oxygen release is thereby increased. The microalgae cultures thrive particularly well in saline media (not seawater). It is advantageous if potash deposits are available, since the algae cultures require caustic soda (NaOH) for CO 2 binding in this biotechnical procedure. Another, especially in industrial animal husbandry in agriculture and harmful to the environment waste, the manure is added as an additional nutrient solution to the soda-containing growth culture in specific amounts to achieve a greater growth rate of algae per growing season and thus the photosynthesis of the Make algae more efficient. The use of the process in generating electricity from biomass waste (idF forestry residues) is extremely sustainable.

Die durch die Nutzung der dabei entstehenden industriellen Abprodukte, wie Kohlendioxid und Restwärme, erzeugte neue Biomasse basiert auf einem ökologisch sowie ökonomisch sinnvollen Kreislauf. Es wird „grüner" Strom erzeugt; und gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die totale Wandlung des Kohlendioxids in Sauerstoff erreicht und dies bei gleichzeitig über 100-fach höherer Sauerstoffabgabe an die Umwelt, als die Ausgangsbiomasse hätte je erreichen können.The through the use of the resulting industrial waste products, like carbon dioxide and residual heat, Generated new biomass is based on an ecological as well as economical meaningful cycle. It generates "green" electricity, and according to the method of the invention achieved the total conversion of carbon dioxide into oxygen and this at the same time over 100 times higher Oxygen delivery to the environment, as the starting biomass could ever reach can.

Dadurch, dass die Sauerstoff-Umsatzrate der Mikroalge Spirulina platensis etwa das Fünfzigfache der Umsatzrate der natürlichen Vegetation wie Bäume, Strauchwerk, Gras und dergleichen beträgt, sind Mikroalgen besonders geeignet, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, Kohlendioxid mit einer viel höheren Effektivität kontinuierlich, tages- und jahrezeitunabhängig in Sauerstoff umzuwandeln, als dies die übliche, uns allgemein bekannte Vegetation ermöglicht.Thereby, that the oxygen conversion rate of the microalgae Spirulina platensis about fifty times the turnover rate of the natural Vegetation like trees, Shrubs, grass and the like, microalgae are special suitable, according to the method according to the invention, Carbon dioxide with a much higher effectiveness to convert continuously into oxygen, day and year independent, as this is the usual, allows us to familiarize ourselves with vegetation.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen und dazugehörigen Zeichnungen, in denen 3 bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:Further details and advantages of the inventions Subject matter of the subject matter will become apparent from the following descriptions and accompanying drawings, in which 3 preferred embodiments are shown. Show it:

1 eine schematische Darstellung des Verfahrens in einem ökologisch und ökonomisch sinnvollen System zur Erzeugung von elektrischen Strom und Sauerstoff durch den Verbrauch von Kohlendioxid unter Verwendung von Mikroalgen für ein Biomassekraftwerk in einem 1. Ausführungsbeispiel und 1 a schematic representation of the method in an ecologically and economically useful system for generating electricity and oxygen by the consumption of carbon dioxide using microalgae for a biomass power plant in a first embodiment and

2 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Erzeugung von Sauerstoff unter Verwendung der Mikroalge Spirulina platensis für eine Leipziger Sport- und Veranstaltungsanlage in einem 2. Ausführungsbeispiel. 2 a schematic representation of the process for the production of oxygen using the microalgae Spirulina platensis for a Leipzig sports and event facility in a second embodiment.

Für jedes der beiden Ausführungsbeispiele wird eine spezifische Bezeichnung verwendet, durch die eine spätere Verbreitung der Erfindung erleichtert werden soll.For each the two embodiments will a specific name used by a later distribution the invention should be facilitated.

1. Ausführungsbeispiel – SpiruLipp1st embodiment - SpiruLipp

Dieses Ausführungsbeispiel nach 1 betrifft die Anwendung des Verfahrens zur Erzeugung von Sauerstoff aus Kohlendioxid in salzhaltigem Wasser und Kraftwerksabwärme durch Fotosynthese in einem Biomassekraftwerk. Dieses Verfahren wird als SpiruLipp bezeichnet. Das Biomassekraftwerk befindet sich in einem Gebiet mit einer stillgelegten Kaligrube, die sich als Wärmespeicher eignet. Zur Erzeugung von Wärme und elektrischem Strom werden im Kraftwerk nicht mehr verwertbare biologische Abfälle (Frischholz aus der Forstwirtschaft) verbrannt.This embodiment according to 1 relates to the use of the process for producing oxygen from carbon dioxide in saline water and power plant waste heat by photosynthesis in a biomass power plant. This process is called SpiruLipp. The biomass power plant is located in an area with a disused potash mine, which is suitable as a heat storage. In order to generate heat and electricity, the power plant incinerates non-recyclable biological waste (fresh wood from forestry).

Die Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff erfolgt in Algenkulturen. Diese befinden sich in mehreren Becken, deren Größe nach der geforderten Leistungsfähigkeit so bemessen ist, dass das vom Kraftwerk produzierte Kohlendioxid im Wesentlichen vollständig in Sauerstoff umgewandelt werden kann. Als Algen werden vorzugsweise Spirulina platensis und Chlorella vulgaris verwendet.The Conversion of carbon dioxide into oxygen occurs in algae cultures. These are located in several basins whose size according to the required performance is dimensioned so that the carbon dioxide produced by the power plant essentially complete can be converted into oxygen. As algae are preferably Spirulina platensis and Chlorella vulgaris used.

Um einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff zu erreichen, müssen optimale Bedingungen geschaffen werden. Zu diesen gehört die Anreicherung des Wachstumsmilieus der Algenkultur Spirulina platensis und Chlorella vulgaris mit Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) und der Zugabe einer definierten Menge tierischer Gülle als Nährlösungszusatz.In order to achieve high efficiency in the conversion of carbon dioxide into oxygen, optimal conditions must be created. These include the enrichment of the growth environment of the algal culture Spirulina platensis and Chlorella vulgaris with sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) and the addition of a defined amount of animal manure as nutrient solution addition.

Bei der Bindung des Abgas-CO2 durch Natronlauge (NaOH) entsteht Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3), das in ein aus Rohren bestehendes Netzwerk geleitet und in das Becken mit der Algenkultur Spirulina platensis geführt wird. Von dort gelangt es über Düsen in das Wachstumsmedium. Der im Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) enthaltene O2 wird in der Algenkultur durch Fotosynthese freigesetzt und damit Sauerstoff produziert.Sodium hydroxide (NaHCO 3 ) is formed in the binding of exhaust CO 2 by caustic soda (NaOH), which is channeled into a network of pipes and fed into the algae culture pool Spirulina platensis. From there it reaches the growth medium via nozzles. The O 2 contained in the sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) is released in the algae culture by photosynthesis and thus produces oxygen.

Diese zum obigen Vorgang benötigte Natronlauge (NaOH) wird durch die Chloralkali-Elektrolyse aus dem in diesem Ausführungsbeispiel ausreichend zur Verfügung stehenden Kali-Rohsalz gewonnen. Es ist ökologisch vorteilhaft alternativen oder Nachtstrom zu verwenden.These needed for the above process Sodium hydroxide (NaOH) is produced by the chloralkali electrolysis of the in this embodiment sufficiently available won standing potash crude salt. It is ecologically beneficial alternative or To use night stream.

Der geringe Anteil an CO2, der durch die Abgasbindung mit Natriumhydrogencarbonat nicht umgesetzt wurde, wird anschließend der Algenkultur Chlorella vulgaris zugeführt, um den CO2-Restbestand zu assimilieren.The small amount of CO 2 , which was not reacted by the exhaust gas bond with sodium bicarbonate is then fed to the algae culture Chlorella vulgaris to assimilate the CO 2 residue.

Bei einer Erwärmung der Algenkulturen wird durch deren intensiveres Wachstum die Sauerstoffproduktion erhöht. Diese Erwärmung der Algenkulturen kann durch eine direkte oder indirekte Nutzung der Abwärme des Kraftwerkes erfolgen. Bei der direkten Nutzung wird die Abwärme in Abhängigkeit von der Temperatur der Algenkulturen diesen geregelt zugeführt. Bei der indirekten Nutzung wird die Abwärme zunächst in einen Wärmespeicher geleitet. Vorzugsweise können Grubenbaue (unterirdische Hohlräume) als natürliche Wärmespeicher des Kalibergwerkes dienen. Vorteilhaft ist, dass derartige Grubenbaue ganzjährig eine konstant hohe Temperatur (um +35° C) aufweisen.at a warming The algae cultures become oxygen production through their more intensive growth elevated. This warming Algae cultures may be affected by direct or indirect use of waste heat of the power plant. In direct use, the waste heat is dependent on the temperature of the algae cultures fed this regulated. at the indirect use, the waste heat is first in a heat storage directed. Preferably Mine construction (underground cavities) as natural heat storage serve the potash mine. It is advantageous that such mine construction all year have a constant high temperature (around + 35 ° C).

Die Abwärme des Kraftwerkes wird durch ein als geschlossener Kreislauf angelegtes Rohrleitungssystem in die Grubenbaue geleitet und verbleibt dort vorzugsweise in einer künstlich angelegten Salzsole als Speichermedium. Entsteht bei den Algenkulturen Wärmebedarf, wird diese fehlende Bedarfsmenge vom Speichermedium zugeführt.The waste heat of the power plant is created by a closed circuit Piping system passed into the mines and remains there preferably in an artificial way applied brine as a storage medium. Arises in the algae cultures Heat demand, This missing requirement quantity is supplied from the storage medium.

Um diesen Prozess der Sauerstofferzeugung kontinuierlich betreiben zu können, muss eine ständige Lichteinwirkung auf die Algenkultur gewährleistet sein. Deshalb muss bei unzureichenden Lichtverhältnissen, vor allem nachts, eine künstliche Beleuchtung vorgesehen werden.Around operate this process of oxygen production continuously to be able to must be a permanent one Be ensured light exposure to the algae culture. Therefore must in insufficient light conditions, especially at night, an artificial one Lighting be provided.

Die Größe der Becken mit den Algenkulturen, die Temperatur, die Lichteinwirkung sowie die Konzentration des Natriumhydrogencarbonates (NaHCO3) können so optimiert werden, dass eine hohe Sauerstoffausbeute erreicht wird.The size of the pools with the algae cultures, the temperature, the light effect and the concentration of the sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) can be optimized so that a high oxygen yield is achieved.

Die ausgewählten Mikroalgenarten erreichen gegenüber Pflanzen ein wesentlich intensiveres Wachstum und damit die ideale Fähigkeit zur Mehrproduktion von Sauerstoff. So beträgt die Vermehrungsrate der Spirulina platensis bei optimalen Verhältnissen in 45 Tagen ca. das 130-fache, das der Chlorella vulgaris ca. das 350-fache. Die Spirulina platensis wird jedoch trotz ihrer geringeren Vermehrungsrate bevorzugt, da sich deren Inhaltsstoffe besser nutzen lassen.The selected species of microalgae achieve much more intensive growth than plants and thus the ideal ability to produce more oxygen. Thus, the proliferation rate of Spirulina platensis at optimal Ver in 130 days approx. 130 times, that of Chlorella vulgaris approx. 350 times. However, spirulina platensis is preferred despite its lower rate of replication, as its ingredients can be better utilized.

Die durch ihr Wachstum überschüssigen Mikroalgen werden regelmäßig geerntet und einer Verwertung zugeführt.The by their growth excess microalgae are harvested regularly and recycled.

Insbesondere Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) fördert das Wachstum der Alge Spirulina platensis, da deren Ursprungswachstumskulturen Sodaseen sind, die in Europa nicht mehr existieren. Ausgangsmaterialien zu dessen Herstellung stehen in Mitteleuropa durch den hier betriebenen Salzbergbau in ausreichender Menge zur Verfügung, wobei es sich in den meisten Fällen um auf Halde gelagerte Salze handelt, für die es bislang keine ausreichende Möglichkeiten der Nutzung gab bzw. die bislang keiner Nutzung zugeführt werden konnten. Wenn, wie hier im Ausführungsbeispiel, die Sauerstoffproduktion direkt neben einem Kraftwerk betrieben wird, das sich in unmittelbarer Nähe solcher Salzvorkommen befindet, entsteht zusätzlich noch der Vorteil eines geringen Transportweges.In particular, sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) promotes the growth of the alga Spirulina platensis, since their original growth cultures are soda lakes that no longer exist in Europe. Starting materials for its production are available in Central Europe by the salt mining operated here in sufficient quantity, which is in most cases stored on heap salt, for which there was no sufficient possibilities of use or have been fed to any use could. If, as here in the embodiment, the oxygen production is operated directly next to a power plant, which is located in the immediate vicinity of such salt deposits, additionally creates the advantage of a low transport path.

Weiterhin ist es von erheblicher Bedeutung, dass mit der hohen Sauerstoffproduktion der CO2-Ausstoß eines Biomassekraftwerkes fast vollständig verhindert und so ein wesentlicher Beitrag zum Umweltschutz geleistet wird.Furthermore, it is of considerable importance that the CO 2 emission of a biomass power plant is almost completely prevented by the high oxygen production, thus making a significant contribution to environmental protection.

Die Sauerstofferzeugung kann kontinuierlich unabhängig von der Tages- und Jahreszeit erfolgen.The Oxygen production can be continuous regardless of the day and season respectively.

2. Ausführungsbeispiel – SpirOLymp2nd embodiment - SpirOLymp

Dieses 2. Ausführungsbeispiel betrifft die Anwendung des biotechnischen Verfahrens zur Erzeugung von Sauerstoff, um die Sauerstoffunterversorgung großer Menschenansammlungen zu vermeiden. Es wird als SpirOLymp bezeichnet. Mit diesem Verfahren wird das Ziel verfolgt, bei vorwiegend seitlich rundum geschlossenen Objekten, wie z.B. Sportstadien, die zumeist auf einer konisch-kesselartigen Bauweise basieren und oben teilweise oder vollständig offen sind, die von Menschenansammlungen verbrauchte Atemluft durch mit Sauerstoff angereicherte Frischluft auszutauschen. In der Zeichnung nach 2 ist ein Stadion 1 in konisch-kesselartiger Bauweise schematisch dargestellt. Bei ungünstigen Bedingungen wie hohe Lufttemperaturen und keiner oder nur geringer natürlicher Luftbewegung vollzieht sich der Prozess der Lufterneuerung langsamer als für einen erforderlich konstanten Sauerstoffanteil der Atemluft nötig ist. Die Akteure und Zuschauer sind somit gesundheitsschädigenden Bedingungen ausgesetzt. Deshalb ist die Zielstellung für dieses Ausführungsbeispiel darauf gerichtet, in das Stadion 1 mit Sauerstoff angereicherte frische Atemluft einzuleiten. Dieser Sauerstoff wird in einer Mikroalgenkultur 2 in drei Becken durch die Fotosynthese produziert. Verwendet wird die Mikroalge Spirulina platensis. Zweckmäßigerweise wird die Mikroalgenkultur 2 auf das Volumen des Stadioninneren (Kubatur) ausgerichtet. Der auf der Grundlage der Fotosynthese durch die Mikroalge Spirulina platensis außerhalb des Stadions 1 produzierte Sauerstoff wird in den benötigten Mengen kontinuierlich entnommen, gesammelt und von einer an geeigneter Stelle errichtete Verdichterstation 3 möglichst gleichmäßig verteilt und über eine mit Sauerstoffaustrittsöffnungen 4 versehene Ringleitung 5 in den Stadioninnenraum 6 geleitet. Während die warme verbrauchte sauerstoffarme Luft nach oben entweicht, strömt die mit Sauerstoff angereicherte Atemluft nach. Das Verfahren hat den Vorteil, dass durch Steuerung der Wärmezufuhr und der künstlichen Beleuchtung 10 die Algenkultur den Erfordernissen bei Stadionruhe angepasst werden kann. Die trotz dieser Reduzierungsmaßnahmen bei Nichtbenutzung des Stadions entstehenden Sauerstoffmengen werden dem Rasen 7 des Stadions als Wachstumsförderer und/oder dem Hauptgebäude 8 des Stadions 1, in dem sich zahlreiche Trainingstätten befinden, zur Atemluftverbesserung zugeführt.This second embodiment relates to the application of the biotechnical method for generating oxygen in order to avoid the oxygen deficiency of large crowds. It is called SpirOLymp. With this method, the goal is pursued, with predominantly laterally completely enclosed objects, such as sports stadiums, which are usually based on a conical-boiler-like construction and above partially or completely open, to exchange the breath of crowds consumed by crowds of oxygen-enriched fresh air. In the drawing after 2 is a stadium 1 shown schematically in conical boiler-like construction. In unfavorable conditions such as high air temperatures and no or only little natural air movement, the process of air renewal is slower than necessary for a constant oxygen content of the breathing air necessary. The actors and spectators are thus exposed to health-damaging conditions. Therefore, the objective for this embodiment is directed to the stadium 1 to introduce oxygen-enriched fresh breathing air. This oxygen is in a microalgae culture 2 produced in three tanks through the photosynthesis. The microalgae Spirulina platensis is used. Appropriately, the microalgae culture 2 aligned to the volume of the stadium interior (cubature). The based on the photosynthesis by the microalgae Spirulina platensis outside the stadium 1 produced oxygen is continuously withdrawn in the required quantities, collected and from a built at a suitable location compressor station 3 distributed as evenly as possible and over one with oxygen outlet openings 4 provided ring line 5 in the stadium interior 6 directed. As the warm, depleted oxygen-poor air escapes upwards, the oxygen-enriched breathing air escapes. The process has the advantage that by controlling the heat input and the artificial lighting 10 Algae culture can be adapted to the requirements of stadium rest. The amounts of oxygen produced despite these reductions when not using the stadium become the turf 7 the stadium as a growth promoter and / or the main building 8th of the stadium 1 , in which there are numerous training centers, fed to the improvement of respiratory air.

Gleiches gilt für geschlossene große Räume. So eignet sich das Verfahren besonders für Hallen 9, in denen Großveranstaltungen durchgeführt werden. Hierbei wird ebenfalls nach der Raumkubatur die Mikroalgenkultur 2 konzipiert. Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Anwendung des Verfahrens bei oben offenen Objekten wird jedoch die verbrauchte Atemluft abgesaugt und der Algenkultur Spirulina platiensis als kohlendioxidhaltiges Gas zur Wachstumsunterstützung der Mikroalgenkultur 2A zugeführt. Je nach vorgesehener Dosierungsmenge der Sauerstoffzufuhr kann die Biomasse mit Hilfsmitteln wie Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) und zusätzlicher Wärme- sowie Lichteinwirkung zur erhöhten Sauerstoffabgabe angeregt werden. Dadurch kann auch die Größe der Mikroalgenkultur verkleinert werden. Auch hier wird die gewachsene Algenmasse geerntet und einer Weiterverarbeitung zugeführt.The same applies to closed large rooms. Thus, the method is particularly suitable for halls 9 in which large events are carried out. In this case also the microalgae culture becomes according to the room cubature 2 designed. In contrast to the above-described application of the method in open-topped objects, however, the spent breathing air is sucked off and the algal culture Spirulina platiensis as a carbon dioxide-containing gas to support the growth of the microalgae culture 2A fed. Depending on the intended dosage amount of oxygen supply, the biomass can be stimulated with aids such as sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) and additional heat and light for increased oxygen delivery. As a result, the size of the microalgae culture can also be reduced. Again, the grown algae mass is harvested and sent for further processing.

Weitere Anwendungsbeispiele für dieses Verfahren sind unter anderem Krankenhäuser, öffentliche Einrichtungen und Institutionen, Industrieobjekte sowie Großveranstaltungszentren.Further Application examples for These procedures include hospitals, public buildings and hospitals Institutions, industrial objects and large event centers.

Claims (7)

Verfahren zum Klimaschutz durch umweltschonende Nettoproduktion von Sauerstoff bei gleichzeitigem Nettoverbrauch von Kohlendioxid unter Verwendung von Mikroalgen in Zonen des gemäßigten Klimas mittels Fotosynthese, gekennzeichnet durch die Schaffung folgender Voraussetzungen: • die Mikroalgen werden zusammen mit Wasser und Kalisalzen in Becken als Kulturen angesetzt, • dem Wachstumsmilieu wird Abgas-CO2 zur pH-Wert-Steuerung zugeleitet, • den Kulturen wird kontinuierlich eine bestimmte Menge Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) und eine definierte Menge Gülle als Nährstoff zugeführt, • die Kulturen werden auf eine optimale Temperatur erwärmt und auf dieser gehalten, • die Kulturen werden unter Lichteinwirkung einer bestimmten Lichtstärke ausgesetzt, • die durch ihr Wachstum überschüssigen Mikroalgen werden regelmäßig geerntet.Process for climate protection through environmentally friendly net production of oxygen with simultaneous net consumption of carbon dioxide using microalgae in temperate zones by means of photosynthesis, characterized by the creation of the following conditions: • the microalgae are combined with water and water Potash salts in basins are used as cultures, • the growth environment is fed with exhaust gas CO 2 for pH control, • a certain amount of sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) and a defined amount of manure are continuously fed to the cultures as nutrients, • the cultures are released warmed and maintained at an optimum temperature, • the crops are exposed to a specific light intensity under the influence of light, • the microalgae that are excessively grown by their growth are harvested on a regular basis. Verfahren zum Klimaschutz nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass als Mikroalgen die Arten (Sorten) Spirulina platensis und/oder Chlorella vulgaris verwendet werden.Method for climate protection according to claim 1, characterized in that as microalgae the species Spirulina platensis and / or Chlorella vulgaris. Verfahren zum Klimaschutz nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass • von einem Biomassekraftwerk das Kohlendioxids (CO2) aus dessen Abgasen und die Restwärme verwendet wird, • die ungenutzt auf Halde lagernden und somit ein Umweltproblem darstellenden Kalisalze genutzt werden, um durch Chloralkali-Elektrolyse Natronlauge (NaOH) herzustellen, • der Strom für die Elektrolyse und das Kunstlicht aus alternativen Stromquellen und/oder Nachtstrom produziert wird, • aus dem Kohlendioxid (CO2) und der Natronlauge (NaOH) durch Elektrolyse Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) hergestellt wird und • definierte Güllemengen zur Nährstoffanreicherung der Mikroalgenkulturen zugeführt werden.Process for climate protection according to claims 1 and 2, characterized in that • from a biomass power plant, the carbon dioxide (CO 2 ) from the exhaust gases and the residual heat is used, • the unused stored on stockpile and thus representing an environmental problem Kalisalze be used to Chloralkali electrolysis to produce caustic soda (NaOH), • electricity for electrolysis and artificial light is produced from alternative sources of electricity and / or night current, • carbon dioxide (CO 2 ) and caustic soda (NaOH) are produced by electrolysis of sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) and • defined manure quantities for nutrient enrichment of the microalgae cultures are supplied. Verfahren zum Klimaschutz nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Abwärme des Biomassekraftwerkes in einer stillgelegten Kaligrube durch ein als geschlossener Kreislauf angelegtes Rohrleitungssystem in die Grube geleitet und bei einem bei den Algenkulturen entstehenden Wärmebedarf diese fehlende Bedarfsmenge vom Speichermedium zugeführt wird.A method for climate protection according to claims 1 and 3, characterized in that the waste heat of the biomass power plant in a disused potash mine through a closed circuit Piping system passed into the pit and one in the algal cultures arising heat demand this missing requirement quantity is supplied from the storage medium. Verfahren zum Klimaschutz nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass zur Versorgung eines Sport- und Veranstaltungszentrums mit Sauerstoff (O) außerhalb dieses Zentrums eine Mikroalgenkultur angelegt wird, von der aus der erzeugte Sauerstoff (O) gleichmäßig verteilt in das untere Stadioninnere geleitet wird, wobei die verbrauchte und erwärmte Luft nach oben entweicht.A method for climate protection according to claims 1 and 2, characterized in that to supply a sports and Event center with oxygen (O) outside this center a microalgae culture is applied, from which the generated oxygen (O) evenly distributed into the lower stadium interior, where the used and heated Air escapes upwards. Verfahren zum Klimaschutz nach den Ansprüchen 1, 2 und 5, gekennzeichnet dadurch, dass es zur Versorgung eines Gebäudes mit Sauerstoff (O) eingesetzt wird, wobei die Mikroalgenkultur zur Erzeugung des Sauerstoffs (O) außerhalb des Gebäudes vorgesehen ist und die verbrauchte Atemluft als CO2-behaftetes Gas der Mikroalgenkultur zugeführt wird.Method for protecting the climate according to claims 1, 2 and 5, characterized in that it is used to supply a building with oxygen (O), wherein the microalgae culture for generating the oxygen (O) is provided outside the building and the spent breathing air as CO 2 -containing gas is supplied to the microalgae culture. Anlage zur Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch • ein Becken für das Ansetzen einer Kultur von Mikroalgen zusammen mit Wasser und Kalisalzen, • ein System der Abgas-CO2-Zuführung zu Herstellung des pH-Wertes des Wachstumsmilieus, • einen ersten Behälter, in dem Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) zur dosierten Zuführung für die Mikroalgenkultur bereitgestellt wird, • einen zweiten Behälter, in dem Gülle zur dosierten Zuführung für die Mikroalgenkultur als Nährstoff bereitgestellt wird, und dadurch dass • zur Erwärmung der Mikroalgenkultur auf eine bestimmte Temperatur eine Heizung vorgesehen ist, die durch die Anwärme einer Industrieanlage gespeist wird, • über der Mikroalgenkultur eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen wird, durch die die Kulturen bedarfsgerecht einer bestimmten Lichtstärke ausgesetzt werden und • zum regelmäßigen Ernten der gewachsenen überschüssigen Mikroalgen eine Abschöpfeinrichtung vorgesehen ist.Plant for the application of the method according to claims 1 and 2, characterized by • a basin for the preparation of a culture of microalgae together with water and potassium salts, • a system of exhaust CO 2 supply to the production of the pH value of the growing milieu, • a first container providing sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) for metered delivery to the microalgae culture; a second container providing slurry for metered delivery to the microalgae culture as a nutrient; and thereby: heating the microalgae culture to a specific one Temperature is provided a heating, which is fed by the heat of an industrial plant, • Above the microalgae culture, a lighting device is provided by the cultures are exposed to demand a certain light intensity and • for regular harvesting the grown excess microalgae vorescheh a skimming is.
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